公路桥墩盖梁施工方法比较.doc

公路桥墩盖梁的施工方法比较在公路和市政的桥梁建设中，桥梁高耸结构部位的施工都需要临时结构提供工作空间和荷载支撑才能进行，公路桥墩盖梁就属于这类构筑物。其中的荷载支撑在临时结构设计中占据了主导地位。这些临时设施的可靠性、经济性和施工便捷性都是在技术方案设计中要综合考虑的因素。目前盖梁的施工方法主要分为两类支撑体系，体系给施工荷载和圬工荷载提供支撑以及提供作业空间。一类是落地支撑体系，它通过临时结构将上部荷载直接传递给地面地基；另一类是悬空支撑体系，它利用已建成的下部构筑物的承载性能，通过上部临时支撑结构将荷载传递给下部的墩柱和桩基。这两类支撑体系根据使用的材料不同和利用方法不同，在实际运用中又有几种变化。在表1中，将几种变通的方法做了直观性比较。盖梁施工方法的直观性比较 表1支撑体系施工工法荷载和高度影响灵活性和美观性尺寸变化组合地基要求风载影响落地支撑扣件式钢管撑架均随高度和荷载增加而增大；门式架最轻，碗扣架最重，扣件架高度组装最灵活；灵活承载力要求高设计要考虑门式钢管撑架需要非标准连接件承载力要求高设计要考虑碗扣式钢管撑架需要非标准连接件承载力要求高设计要考虑悬空支撑磨擦抱箍桁架撑均不受高度约束，随荷载调整；钢锭要预埋或留孔，影响墩柱美观；钢梁撑一次安装重量大；桁架可分块或整体就位；无影响无要求无影响磨擦抱箍钢梁撑无影响无要求无影响抗剪钢锭钢梁撑无影响无要求无影响注：此方法在施工中还未被广泛使用。较多的施工单位采用的是磨擦抱箍钢梁撑工法。在重庆绕城高速公路S10标项目中，有多座20米和30米跨径的简支桥梁，下部结构桥墩为双柱式钢筋砼墩，根据跨径不同，柱径分别为1.5m和1.8m两种圆形截面，盖梁分别为宽1.7m高1.5m和宽2m高1.9m两种截面，盖梁长均为16.1m。通过上表的直观性比较后，我们以30米跨径桥梁的盖梁2m1.9m为例，将运用较为广泛的扣件式钢管撑架法和摩擦抱箍桁架法进行技术可行性分析和经济指标比较。上部荷载计算：盖梁结构重：G1=38.27m325KN/m3=957KN 荷载分项系数1=1.2盖梁模板重：G2=48KN 荷载分项系数2=1.2施工活载重：G3=L*B*q=16.1m*2m*1.5kPa=48KN 荷载分项系数3=1.4上部荷载总重:Q=( G1+ G2)*1.2+ G3*1.4=1273KN一、磨擦抱箍桁架撑法磨擦抱箍桁架撑法由两个抱在墩柱的钢箍和两组支撑在钢箍上由贝雷片组拼成的桁架梁组成。（组成结构见下图示） 抱箍由两块半圆形钢箍通过高强螺栓联结形成，箍与墩柱接触面粘贴一层3mm厚的橡胶，以提高抱箍的摩擦系数和与墩柱的密贴性。箍两端设有螺栓联接的接点板（牛腿），用以有效传递螺栓拉力和支撑桁架梁（见图2）。抱箍采用厚=20mm宽45 cm的A3钢板弯制成，箍内径一般比墩柱直径大1020mm，两半箍在高强螺栓拧紧后应留有2030mm的空隙。高强螺栓直径为M24强度等级U8.8级。柱两侧的桁架梁由两组并排的贝雷梁组成，每组贝雷梁由5片321型军用贝雷片联结成。贝雷片的性能参数和构造图示见表2。 贝雷片性能参数表和构造图示 表2杆件名称材料断面型式断面积杆件容许承载力结构容许弯距结构容许剪力弦杆16Mn102548 mm2560 kN788kNm245kN竖杆16MnI8952 mm2210 kN斜杆16MnI8952 mm2170 kN 军用321型贝雷片单元结构自重3KN/片： 1、桁架梁受力分析如下图示：根据桁架梁的力平衡方程y=p+2R=0上部荷载Q+贝雷架自重q=1273 kN +5*4*3 kN /片=4*R支反力R=Q/4=1333/4333 kN桁架梁贝雷片按铰接分析各不同受力单元，根据受力情况可分为A、B两种单元。其中A单元有两个铰支约束，为一次超静定结构；B单元由于四个铰支约束，为五次超静定结构。，贝雷片单元的内力分析如下图示：Mr1=P1X1+P2X2+P3X3+RX r1+R1Xr1=0 Mr2=P1X1+P2X2+P3X3+RXr2+R2Xr2=0 A单元的受力方程：X= P1-x+P2-x+P3-x+R1-x+R2-x =0 Y= P1-y+P2-y+P3-y+R1-y+R2-y+R =0 R1=(R1-x)+(R1-y)（ 表示向量力） R2=(R2-x)+(R2-y)式中R1 、R2、R1-x 、R1-y 、R2-x 、R2-y为未知数。解得R1-x=85.68 kN;R2-x =-85.68kN ;R1-y =-21.04kN;R2-y=-12.64 kN;R1 、R2略。由于B单元超静定次数太多，因此采用桥梁博士结构分析软件计算。通过结构分析软件计算得Rx=88.06 kN；Ry =-24.70kN；R略。2、抱箍的受力分析检算：抱箍受力总荷载=上部荷载Q+贝雷架自重q=1273 kN +5*4*3 kN /片=4*R抱箍支反力R=Q/4=1333/4333kN抱箍的受力模型如右图示。抱箍的最大静摩擦力：f=R=r*=n*N*N=R/n=333/12*0.470kNF=155kN式中：r抱箍与墩柱的正压合力N螺栓需要的拉力（U8.8级高强M24螺栓容许拉力F=155kN）n高强螺栓个数，设计为12个。抱箍与砼墩柱的静摩擦系数（0.30.6），取0.43、贝雷片桁架杆件的内力分析：由于贝雷桁架梁通过刚节点和铰节点连接，形成了高次超静定结构。结构杆件的内力分析必须借助于结构分析软件求解。使用桥梁博士软件建立的边界约束条件。如下图示：经计算，施工阶段最不利荷载作用时各杆件和节点的内力分配值为：轴力Fmax弦杆33,90=108 kNF=560 kN（查表2），满足要求。轴力Fmax竖杆48,104=124.8 kNF=210 kN（查表2），满足要求。轴力Fmax弦杆39,98=90.3 kNF=171 kN（查表2），满足要求。剪力Qmax节点13,14,24,58,59,69=126kNQ=245 kN（查表2），满足要求。弯矩Mmax节点13, 69=20.5kNm M=788 kNm（查表2），满足要求。位移max节点35 =4mm=L/400=9400/400=27mm，桡度满足要求。一种好的产品结构设计，还依赖于使用功能的体现。因此抱箍桁架梁支撑法盖梁施工的安装和拆除是影响此法推广运用的关键。抱箍和贝雷桁架梁利用建成的墩柱分先后两次人工吊装到位。如下图示。贝雷桁架梁安装和拆除步骤：1、在建成的墩柱上搭设简易支架，安装手葫芦。2、将两半抱箍通过螺栓连接，箍径要大于墩柱径2030cm。3、利用柱顶两个手葫芦同时对称匀速拉起抱箍至控制高度，并抱紧墩柱。4、在地面拼装好5联一榀的贝雷桁架梁。5、利用两个墩柱的手葫芦同时均匀拉起一侧的贝雷桁架梁，至抱箍牛腿处固定。顺序吊起其它桁架梁，并将墩柱两侧桁架梁用钢管夹紧弦杆加固。6、在桁架梁上搭设木楞平台和盖梁底模。进行盖梁施工。7、达到拆除盖梁底模要求后，在盖梁顶搭设23组简易扁担支架。通过支架上46个手葫芦兜紧两组贝雷桁架梁，松落抱箍后，再整体松落桁架梁。8、解体贝雷桁架梁成贝雷架单元，人工转移再拼装成整体。在8T吊车能进入施工场地好的情况下，桁架梁也可用吊车整体吊装就位、落架和转移。二、扣件式钢管撑架法扣件式钢管撑架法是在盖梁投影区域内用48*3.5mm的A3钢管搭设满堂式支架。上部结构圬工和施工荷载利用钢管轴心受压抵抗特性传递给地基。1、立杆的稳定性检算：（按无风荷载组合计算，见表3）杆压力N= K*A*fc 式中K支架高度影响系数=1/（1+0.005*Hd）（Hd：支架设计高度）轴心受压杆弯曲影响系数，与压杆长细比有关的值。A受压杆的截面积，48*3.5mm钢管截面积489mm。fc受压杆的屈服强度，A3钢管屈服强度215MPa。压杆长细比=*l0/r式中l0压杆的计算长度，支架中按步距l=1500mm计算。r压杆的截面回转半径，48*3.5mm钢管截面回转半径15.78mm.反映支架整体稳定性影响系数，与支架框格布置和排距有关。 支架不同高度压杆稳定性计算表 表3设计高度Hd6m10m15m20m25m30m40m备 注压杆自重gk(kN/杆)0.30.50.81.11.31.62.2钢管自重38.4N/m，含大、小横杆和剪刀撑，并考虑1.2的荷载系数K：高度影响系数110.930.910.890.870.83支架高度10m，不考虑此系数：整体稳定影响系数11.011.031.061.121.221.35查建筑脚手架施工手册钢管扣件式双排支架影响系数表：压杆长细比95(114)96(115)98101107116128括号中按步距l为1800mm计算的长细比：弯曲影响系数0.552(0.45)0.546(.445)0.5330.5160.4850.4410.387查建筑脚手架施工手册压杆长细比对弯曲影响系数表N：杆容许压力(kN)58(47.3)57.4(46.8)52.149.445.440.333.8此结果是按材料的极限强度条件计算的最大可能承载值48*3.5mm钢管支架按结构受力安全要求N：对接时步距1500mm允许使用荷载30.3 kN；对接时步距1800mm允许使用荷载27.2 kN；上部荷载Gk(kN/杆)27.4含盖梁及模板重、施工荷载，并考虑1.4荷载系数，在立杆分配的值荷载总值N(kN/杆)27.7* (27.7)27.9* (27.9)28.228.528.729*30.6支架立杆按600*800mm，横杆步距按1500m（1800mm）布置的情况2、立杆的弹性压缩变形检算：弹性压缩变形=L/E=NL/AE=910mm=L/600且20mm上式：N立杆的荷载总值N（27.730.6kN）。 L立杆的设计高度Hd。 A立杆的截面积=489mm。 E立杆的纵向弹性模量=19*104 MPa。3、立杆地基承载力的检算：地基承载力P= N/S=k*fk上式：N立杆的荷载总值N，在此取27.730.6kN。 S立杆支撑的有效受力面积，一般为0.150.3m2。 k地基承载力调整系数，一般为0.40.5，岩石为1。 fk地基承载力标准值，与土质、含水量等指标有关，需经验判断或原位地基测试。按上部荷载反算fk达到200400kPa，地基原状土一般都需处理。在上表计算中未考虑风载更不利影响，支架立杆的施工荷载已接近钢管的施工允许荷载，支架设计在可靠的安全保障条件下已达到最合理的结构布置。三、上述两种施工方法的经济比较（见表4） 不同墩高的施工费用比较 表4墩设计高度Hd6m10m15m20m25m30m40m备 注钢管扣件式支架法材料重量(t)5.48.813.217.62226.435.2地基以上至盖梁底模木楞以下部分所有支架重材料费用(万元)2.43.95.97.99.91215.8按市场购买成本计算，钢管售价4500元/吨材料租赁费用2433967921057132115852218租金按市场价计算，钢管90元/吨*月,使用1520天/次人工消耗(工日)11.320.831.342.459.379查施工定额指标得出，含安装、拆除和转移50m施工费用(元)4528321252169623723160人工工资市场价40元/工日地基之上到盖梁木楞下工费支架施工费用摊消合计（元）69512282044275336934745按一个盖梁施工周期的工费和工具摊销费抱箍贝雷桁架梁撑法材料重量(t)7含2对抱箍20片贝雷片材料费用(万元)6贝雷片售价8500元/吨材料租赁费用595贝雷片租金市场价170元/吨*月,使用1520天/次计人工消耗(工日)121620现场调查统计，含落架、解体、移运、拼装和吊就加固施工费用(元)480640800市场人工工资40元/工日桁架梁费用摊消合计（元）107512351395按一个盖梁施工周期的工费和工具摊销费通过表4的对比分析，墩柱高度6m以下，钢管支架法的一次性摊销费比抱箍桁架梁法略小，但是桥梁墩柱高度在6m内的极少。墩柱高度8m左右时，两种方法的费用相当。随墩柱高度的不断增加，钢管支架法的费用快速增长，当墩柱高度为25m时，钢管支架法费用是抱箍桁架梁法费用的3倍。因此，不难判断抱箍桁架梁法费用的经济性。综合分析比较，磨擦抱箍桁架梁法具有以下几个明显的特点：1、适应性强，不论水中岸上，有无系梁，地基承载力如何均可使用。特别在场地条件限制机械施工时，完全可以采用人工施工，施工建设周期影响小。2、抱箍可随墩柱高低变化，承载力不变，立模标高易于调整。在特别高墩工况下，受风载等外界因素影响小。3、此法施工费用基本不变，且较其它工法综合比较成本最低。4、施工简便，使用周转材料少，现场易于清理，材料损耗低，便于现场管理，且能